新教材2023高中物理第四章电磁振荡电磁波第一节电磁振荡课件粤教版选择性必修第二册

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第四章 电磁振荡与电磁波知识点一　振荡电流的产生及振荡中能量的转化一、电磁振荡1.振荡电流：大小和方向都随时间做周期性迅速变化的电流.2.振荡电路：能够产生振荡电流的电路.最基本的振荡电路为LC振荡电路.3.LC振荡电路：由线圈L和电容器C组成的最简单的振荡电路.4.电磁振荡的过程分析：（1）放电过程：由于线圈的自感作用，放电电流由零逐渐增大，电容器极板上的电荷逐渐减少，电容器里的电场逐渐减弱，线圈的磁场逐渐增强，电场能逐渐转化为磁场能，振荡电流逐渐增大，放电完毕，电容器的极板上的电荷量为零，电路中电流最大，电场能最小，磁场能最大，电场能全部转化为磁场能.（2）充电过程：电容器放电完毕后，由于线圈的自感作用，电流保持原来的方向逐渐减小，电容器将进行反向充电，线圈的磁场逐渐减弱，电容器里的电场逐渐增强，磁场能逐渐转化为电场能，振荡电流逐渐减小，充电完毕，电流减小为零，磁场能全部转化为电场能.5.电磁振荡：在LC振荡电路中，电容器极板上的电荷量，电路中的电流，电场和磁场周期性相互转变的过程也就是电场能和磁场能周期性相互转化的过程.二、无阻尼振荡和阻尼振荡1.无阻尼振荡：在电磁振荡中，如果没有能量损失，振荡将永远持续下去，振荡电流的振幅应该永远保持不变的电磁振荡，如图甲.2.阻尼振荡：如果振荡电路中的能量逐渐损耗，振荡电流的振幅逐渐减小，直到停止的电磁振荡，如图乙.知识点二　电磁振荡的周期和频率1.周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间.2.频率：1 s内完成的周期性变化的次数.如果振荡电路没有能量损失，也不受其他外界影响，这时的周期和频率分别叫做振荡电路的固有周期和固有频率. 小试身手1.如图所示是LC振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是（　　）A.电容器正在放电B.电容器正在充电C.电感线圈中的电流正在增大D.电容器两极板间的电场能正在减小解析：由题图中螺线管中的磁感线方向可以判定出此时LC电路正在充电，故选项A错误，选项B正确；电流正在减小，电感线圈中的磁场能正在减弱，两极板间的电场能正在增大，故选项C、D错误.答案：B2.在LC振荡电路中，电容器C带的电荷量q随时间t变化的图像如图所示.1×10－6 s到2×10－6 s内，电容器处于充电（填“充电”或“放电”）过程，由此产生的电磁波在真空中的波长为1 200m.探究一　电磁振荡的理解1.用图像对应分析i、q的变化关系，如图：2.振荡过程中相关物理量的对应关系：3.两种关系：（1）同步同变关系.在LC振荡电路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量电量q、板间电压U、电场强度E、电场能EE是同步同向变化的，即：q↓→U↓→E↓→EE↓（或q↑→U↑→E↑→EE↑）振荡线圈上的物理量振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步同向变化的，即：i↓→B↓→EB↓（或i↑→B↑→EB↑）（2）同步异变关系.在LC振荡电路发生电磁振荡的过程中，电容器上的三个物理量q、E、EE与线圈中的三个物理量i、B、EB是同步异向变化的，即q、E、EE同时减小时，i、B、EB同时增大，且它们的变化是同步的，即：4.电磁振荡过程实质上是电场能和磁场能的转化过程.5.LC振荡电路充、放电过程的判断方法：（1）根据电流流向判断：当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程.（2）根据物理量的变化趋势判断：当电容器的带电量q（电压U、场强E）增大或电流i（磁场B）减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程.（3）根据能量判断：电场能增加时充电，磁场能增加时放电.【典例1】　（多选）如图所示，L为一电阻可忽略的线圈，D为一灯泡，C为电容器，开关S处于闭合状态，灯泡D正常发光，现突然断开S，并开始计时，能正确反映电容器a极板上电荷量q及LC回路中电流i（规定顺时针方向为正）随时间变化的图像是（图中q为正值表示a极板带正电）（　　）解析：S断开前，电容器C短路，线圈中电流从上向下，电容器不带电；S断开时，线圈L中产生自感电动势，阻碍电流减小，电容器C充电，此时LC回路中电流i沿顺时针方向（正向）最大；电容器充电过程，电容器带电荷量最大时（a板带负电），线圈L中电流减为零，此后，LC电路发生电磁振荡形成交变电流.综上所述，选项B、C正确.答案：BC1.（多选）LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则（　　）A.若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由b向aB.若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带负电C.若磁场正在增强，则电场能正在减小，电容器上极板带正电D.若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b解析：若磁场正在减弱，则电流在减小，是充电过程，根据安培定则可确定电流由b向a，电场能增大，上极板带负电，故选项A、B正确；若磁场正在增强，则电流在增大，是放电过程，电场能正在减小，根据安培定则，可判断电流由b向a，上极板带正电，故选项C正确，D错误.答案：ABC2.（多选）在LC回路中，电容器两端的电压随时间t变化的关系如图所示，则 （　　）A.在时刻t1，电路中的电流最大B.在时刻t2，电路中的磁场能最大C.从时刻t2至t3，电路中的电场能不断增大D.从时刻t3至t4，电容器的带电荷量不断增大解析：电磁振荡中的物理量可分为两组：①电容器带电荷量q、极板间电压u、电场强度E及电场能为一组；②自感线圈中的电流i、磁感应强度B及磁场能为一组.同组物理量的大小变化规律一致，同增、同减、同为最大或同为零，异组物理量的大小变化规律相反，若q、E、u等物理量按正弦规律变化，则i、B等物理量必按余弦规律变化.根据上述分析由题图可以看出，本题正确选项为A、D.答案：AD探究二　电磁振荡的周期和频率【典例2】　要想增大LC振荡电路中产生的振荡电流的频率，可采用的方法是（　　）A.增大电容器两极板的间距B.升高电容器的充电电压C.增加线圈的匝数D.在线圈中插入铁芯3. 如图所示为振荡电路在某一时刻的电容器带电情况和电感线圈中的磁感线方向情况.由图可知，电感线圈中的电流正在　　　　（填“增大”“减小”或“不变”）.如果电流的振荡周期为T＝10－4 s，电容C＝250 μF，则线圈的自感系数L＝　　　　H.